《EDA技术应用》大作业--全桥开关电源设计与测试学院：信息与电子工程学院班级：13应用电子技术2班指导老师：严添明姓名：王浩学号：1305220147日期：2015-01-10目录全桥电源开关电源的设计与测试 (1)1.1作业内容 (1)1.2芯片工作原理 (1)1.2.1VIPER22A芯片管脚功能 (1)1.2.2VIPER22A芯片内部构图 (1)1.2.3TOP246Y芯片管脚功能 (2)1.2.4TOP246Y芯片内部构图 (2)1.2.5TL494芯片管脚功能 (3)1.2.6TL494芯片内部构图 (4)1.3电路工作原理 (5)1.3.1高频开关电源的电磁兼容 (5)1.3.2软开关技术 (5)1.3.3功率因数校正技术（PFC） (5)1.3.4低电压大电流技术 (5)1.3.5整理滤波 (5)1.3.6填谷式功率因数校正 (5)1.3.7辅助电源模块设计 (6)1.3.8PWM脉冲产生模块设计 (7)1.3.9驱动模块设计 (8)1.4原理图 (1)1.5印制板 (3)1.6元件清单 (3)1.7调试过程 (5)1.7.1前级辅助电源调试 (5)1.7.2TL494 PWM产生调试 (5)1.7.3死区电压比较电路 (6)1.7.4输出控制电路 (7)1.7.5驱动电路和功率变换调试 (8)1.8总结 (10)全桥电源开关电源的设计与测试1.1作业内容(1)使用DXP2004软件，画出TOP246Y PCB板及元件封装。
(2)熟悉掌握制作PCB板的流程，成功制作出TOP246Y PCB板。
(3)调试TOP246Y电路板。
(4)了解TOP246Y电路的工作原理。
1.2芯片工作原理1.2.1VIPER22A芯片管脚功能图1.1 VIPER22A芯片管脚图1.2.2VIPER22A芯片内部构图图1.2 VIPER22A 芯片内部构图VIPER22A芯片概述：意法半导体的VIPER22A芯片为专用开关电源集成电路。
其内部结构如图2-0所示。
芯片工作时, 直流电压从漏极脚进入集成电路, 经整流和稳压后供给开关电源工作, 从而使这个电路工作时不需要外接启动电阻。
即使VDD供电电路不正常, 电源电路的振荡电路仍能起振, 而且图2-0 VIPER22A芯片内部结构电路有输出电压。
在VDD正常前, 由芯片内部自身供电, 经过很短时间后, VDD 供电电源正常, 此时,用门电路控制开关电路(ON /OFF)断开从栅极输入的供电回路。
VIPER22A有过热、过压保护功能。
VDD从4脚输入后, 首先送入比较器, 一旦输入VDD ≥42 V, 则触发器( FF1)输出一个置位信号 1使控制振荡电路工作的触发器( FF2)输出为0,锁住U2 , 振荡信号无法输出, 即开关管不工作。
当输入电压小于1415 V时, U3 也将输出一个复位脉冲, 使开关管不工作。
当电路过热时, R1 为1,将FF2置0, 开关管不工作。
当供电电压VDD在正常范围时, FB 所得的取样电压与基准电压0123 V相比较, 用其比较结果去控制FF2 的转换频率,从而控制开关管的状态转换, 实现控制输出电压,达稳压的功能。
该集成电路芯片内部包含60kHz的振荡电路, 其外围电路相当简单。
1.2.3TOP246Y芯片管脚功能图1.3TOP246Y芯片管脚图1.2.4TOP246Y芯片内部构图图1.4 TOP246Y内部框图电路主要由18部分组成：1控制电压源；2带隙基准电压源；3频率抖动振荡器；4并联调制器/误差放大器；5脉宽调制器（含PWM比较器和触发器）；6过流保护电路；7门驱动级和输出级；8具有滞后特性的过热保护电路；9关断/自动重启动电路；10高压电流源；11软启动电路；12欠电压比较器；13电流极限调节器；14线路比较器；15线路检测端和极限电流设定端的内部电路；16轻载时自动降低开关频率的电路；17停止逻辑；18启电压为1V的电压比较器。
它与TOP246Y的主要区别表现为：新增加了第16、17.18项单元电路；给电流极限调节器也增加了软启动输出端；将频率抖动振荡器产生的开关频率提升到132kHz（全频模式）或66kHz（半频模式）；给频率抖动振荡器增加了一个“停止逻辑”（STOPLOGIC）电路，使之工作更为可靠。
TOP246Y的工作原理是利用反馈电流IC来调节占空比D，达到稳压目的。
举例说明，当输出电压UO降低时，经过光耦反馈电路使IC减小，占空比则增大，输出电压随之升高，最终使UO 维持不变1.2.5TL494芯片管脚功能图1.5 TL494芯片管脚图TL494的引脚功能简介如下：(1)引脚1（11N+）：误差放大器1的同相输入端。
在闭环系统中，被控制量的给定信号将通过该引脚输入误差放大器，而在开环系统中，该引脚需接地或悬空。
(2)引脚2（11N-）:误差放大器1的反相输入端。
在闭环系统中，被控制量的反馈信号可通过该引脚输入误差放大器，此时还需要在该引脚与引脚3之间接入反馈网络，而在开环系统中，该引脚需接地或悬空。
(3)引脚3（FEEDBACK）：反馈/PWM比较器输入端。
在闭环系统中，可以根据需要在该引脚与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，构成比例、比例积分和积分等各种类型的调节器。
(4)引脚4（DTC）：死区时间控制比较输入端。
该端用于设置TL494死区时间的取值。
该引脚接地时，死区时间最小，可获得最大占空比。
(5)引脚5（CT）：振荡器定时电容接入端。
CT的取值范围通常在0.001~0.1yF之间。
(6)引脚6（Rr）：振荡器定时电阻接入端。
脚的取值范围通常在5~100KQ之间。
(7)引脚7（GND）：信号地。
(8)引脚8（CI）:输出晶体管VT1的集电极端，该端为正向脉冲输出端。
在推挽工作模式下，该端输出正向脉冲信号，脚11输出负向脉冲信号，两者在相位上相差1800，经隔离放大后分别去驱动开关管。
在单端工作模式下，该端可以与引脚11并联在一起，以提高脉宽控制器TL494的输出能力。
(9)引脚9（EI）：输出晶体管VT1的发射极端，该端为引脚8输出脉冲信号的参考地段，一般与引脚7直接相连。
(10)引脚10（E2）：输出晶体管VT2的发射极端，该端为引脚11输出脉冲信号的参考地端，一般与引脚7直接相连。
(11)引脚11（C2）：输出晶体管VT2的集电极端，该端为反向脉冲输出端。
在推挽工作模式下，该端输出反向脉冲信号，引脚8输出正向脉冲信号，两者在相位上相差1800，经隔离放大后分别去驱动开关管。
在单端工作模式下，该端可以与引脚8并联在一起，以提高脉宽调制控制器TL494的输出能力。
(12)引脚12（VCC）：偏置电源接入端。
应用时该端必需外接一个容量在0.1UF以上的滤波电容到公共接地端。
(13)引脚13（OUTPUT CTRL）：输出工作模式控制端。
通过该引脚可选择推挽或单端输出模式。
当该端接高电平时，TL494将工作在推挽工作模式下，此次最大占空比可达48%。
当该端接低电平，两路输出脉冲完全相同，最大占空比可达到96%。
(14)引脚14（REF）：基准电源输出端，其输出电流可达10MA。
(15)引脚15（21N-）：误差放大器2的反相输入端。
该端可以接入保护电路的反馈信号，用以实现过电流、过电压等故障保护。
(16)引脚16（21N+）：误差放大器2的同相输入端。
该端为保护阀值电压设定端，用以实现过流、过电压等故障保护。
1.2.6TL494芯片内部构图TL494内置5V基准电压参考源,5脚6脚外接电容与电阻,可产生对应锯齿波后送比较器比较进而产生一定周期的振荡信号,振荡器频fosc=1/RTCT。
4脚为死区时间控制端,13脚为输出方式控制端。
芯片内部包含两个相同的误差放大器,输出端经二极管隔离后送至比较器同相端,与反向端锯齿波电压相比较,并决定输出电压的宽度。
调宽过程由3脚的电压控制,也可经误差放大器进行控制。
两个放大器可独立使用,用于反馈电压和过流保护。
图1.6 TL494芯片内部图1.3电路工作原理1.3.1高频开关电源的电磁兼容高频开关电源工作在高频开关状态下，其在工作过程中产生的高d1/d2和dy/dt，其他产生的浪涌电流和剑锋电压和其他的各种噪声，会引起强大的传导型干挠和谐波干挠，严重影响开关电源和其他外界设备的正常工作，有时还可能危及操作人员的安全。
1.3.2软开关技术提高开关电源的开关频率，可以增加开关电源的功率密度。
然而开关频率的提高，会增加开关管的损耗和开关噪声，采用软开关技术可以解决由开关频率提高带来的问题，其中比较典型的应用是有源软开关技术和无源软开关技术，主要包括谐振、零电流/零开关（ZCS/ZVS）谐振、零电流过渡/零电压过渡脉宽调制（ZCT/ZVT-PWM）技术以及零电流/零电压脉宽调制技术（ZVS/ZCS-PWM）等。
采用软开关技术可以有效地降低开关管噪声和导通损耗，提高变换器的变换频率。
1.3.3功率因数校正技术（PFC）由于AC/DC变换电路的输入端有整流滤波元件，采用单相整流电源供电的电子设备在正弦电压输入时，交流输入端的功率因数仅为0.6~0.65.而采用PFC（功率因数校正）电路，可以将交流输入端功率因数提高到0.95~0.99，输入电流总谐波失真度THD小于10%。
既提高了电源的整体效率，又治理了电网的谐波污染。
这一技术称为功率因数校正（PFC）。
目前PFC技术主要分为有源功率因数校正（APFC）技术和无源功率因数校正技术两大类，采用PFC 技术可以有效的提高AC/AD变化器输入功率因数，减少对电网的谐波污染。
1.3.4低电压大电流技术随着半导体制造技术第二不断发展，微处理器和便携式电子设备的工作电压越来越低，对于电流的要求也越来越高，由于电源输出电压的降低和输出电流的增加，传统的整流技术由于大电流整流管通态损耗太大，已经远远不能满足要求，为此这就需要研究新型整流技术来解决这样的问题。
同时对于较大的输出电流，还要解决由于负载突然变化引起的冲击电压问题1.3.5整理滤波通过整流桥堆整流，电容滤波，为后级输送更平滑的直流电。
1.3.6填谷式功率因数校正“填谷电路式”属于一种新型无源功率因数校正电路，其特点是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角，通过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.9左右，显著降低总谐波失真。
与传统的电感式无源功率因数校正电路相比，其优点是电路简单，功率因数补偿效果显著，并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的大电感器。
图1.7 整流滤波原理图1.3.7辅助电源模块设计辅助电源是采用芯片IC3 TOP246来控制电源变换电路的，其中R2为线路检测电阻，用于检测供电电路的运行状况。